DE2648079A1

DE2648079A1 - Selbstreinigender druckkopf fuer farbstrahldrucker

Info

Publication number: DE2648079A1
Application number: DE19762648079
Authority: DE
Inventors: Kailash Chandra Chaudhary
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-11-17
Filing date: 1976-10-23
Publication date: 1977-05-18
Also published as: SE418911B; AR217066A1; SE7612588L; BR7607690A; AU501713B2; IT1072422B; BE847364A; CH596992A5; JPS5262024A; GB1551990A; ES453361A1; FR2331383A1; DE2648079B2; DE2648079C3; CA1087674A; AU1968976A; NL7612221A; FR2331383B1; JPS5528868B2; US4007465A

Description

Selbstreinigender Druckkopf für Farbstrahldrucker

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebene Art eines selbstreinigenden Druckkopfes für Farbstrahldrucker.

Farbstrahldrucker oder Tintenstrahldrucker sind Aufzeichnungsgeräte, beispielsweise für Messeergebnisse. In Form von Matrixdruckern können sie als Ausgabegeräte für datenverarbeitende Einrichtungen verwendet werden. Ein Farbstrahl, der aus einer oder mehreren Düsen austritt, wird in eine Folge von gleichartigen Tröpfchen aufgebrochen und gegen eine Auffangblende

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oder gegen ein Aufzeichnungsmedium gerichtet. Selektive Ablenkung der Farbtröpfchen auf ihrer Flugbahn veranlasst diese, bei ihrem Auftreffen auf die Schreibunterlage dort erwünschte Druckzeichen zu bildfen. Die verwendete Farbflüssigkeit kann beispielsweise magnetisierbar sein und wird durch magnetische Felder selektiv abgelenkt. In anderen Druckern dieser Art werden die Farbtröpfchen elektrostatisch aufgeladen und mit elektrischer Feldern selektiv abgelenkt.

Um ein gutes Aussehen der Druckzeichen zu erzielen, setzt man diese gern aus möglichst vielen und sehr kleinen Farbtröpfchen beziehungsweise Farbflocken zusammen. Die Abmessungen der benutzten Düsen sind entsprechend gering, so dass die Gefahr der Verstopfung solcher Düsen durch Fremdkörper besteht. Um beispielsweise Farbflecken mit einem Durchmesser geringer als 0,018 mm zu erzielen, darf die Düse nicht grosser als 0, 05 mm im Durchmesser sein. Es gibt sogar noch kleinere Düsen mit einem Durchmesser geringer als 0,025 mm.

Ocffnungen mit solch geringem Durchmesser können leicht verstopft werden, wenn man nicht alle Fremdkörper in der Farbflüssigkeit durch Filtern sauber entfernen kann.

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15. 10. 76

Es ist daher die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, einen selbstreinigenden Druckkopf für Farbstrahldrucker anzugeben, der in der Lage ist, selbsttätig gewisse Formen von Verstopfungen entfernen zu können. Auch sollte es damit möglich sein, Luftblasen aus dem Druckkopf zu entfernen, deren Anwesenheit die korrekte Ausbildung der Farbstrahlen sonst beeinträchtigt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an Hand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispxelen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung eines

Druckkopfes,

Fig. 2 eine Rückansicht des Hohlraumblocks des

Ausführungsbeispiels der Fig. 1,

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Fig. 2Α eine geschnittene Seitenansicht des Hohlraumblocks der Fig. 2_/

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Deckplatte des

Ausführungsbeispiels nach Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des zusammengesetzten Druckkopfes des ersten Ausführungsbeispiels und die Anschlussverbindungen an die Farbflüssigkeitsguelle und an die Erregerspannungsquelle für den Vibrator und,

Fig. 5 eine geschnittene, schematische Darstellung

eines zweiten Ausführungsbeispieles eines Druckkopfes.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines Druckkopfes für Tintenstrahldrucker, der zu Erzeugung von Strahlen einer Farbflüssigkeit dient, welche in Folgen von gleichmässigen Tröpfchen aufbrechen. Sollte diese Farbflüssigkeit für elektrostatisches Drucken dienen, dann werden diese Tröpfchen nach ihrer Erzeugung selektiv elektrostatisch aufgeladen und ihre weitere Flugbahn durch elektrische Felder so beeinflußt, dass sie entweder in eine Abflussöffnung gelenkt werden oder auf eine Schreibunterlage auftreffen, wo sie die gewünschten Druckzeichen erzeugen*

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Andererseits kann diese Farbflüssigkeit eine sogenannte magnetische Tinte sein, deren selektive Ablenkung durch magnetische Felder erfolgt.

Der Druckkopf besteht unter anderem aus einem Hohlraumblock 10, einer Düsenplatte 11, einem Dichtungsring 12, einem piezoelektrischen Vibrator 13 und einer Deckplatte 14. Der Vibrator muss nicht nach dem piezoelektrischen Verfahren arbeiten, sondern er kann auch einen magnetischen, elektromagnetischen oder akustischen Effekt ausnutzen.. Dem Druckkopf zugeführte unter Druck stehende Flüssigkeit wird durch den Vibrator periodisch gestört und aus den Oeffnungen der Düsenplatte 11 in Form von Strahlen aufeinanderfolgender gleichgrosser Tröpfchen ausgestossen. Diese Oeffnungen sind so klein, z.B. 0,02 mm Durchmesser, so dass bereits sehr kleine Teilchen von Fremdmaterial solche Du sen öffnung en verstopfen können. Eine solche Verstopfung kann vollständig oder auch nur teilweise sein. Eine vollständige Verstopfung verhindert den Durchfluss der Flüssigkeit und damit auch das Drucken von dieser Düse. Eine nur teilweise Verstopfung ändert die Richtung des Tintenstrahls und stört so die Arbeitsweise des Druckers.

Wenn dieses Fremdmaterial fest verkeilt oder in der Düse steckengebleiben ist, welche den Strahl ausgeben soll, dann wird diese Verstopfung als

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sogenannter harter Pfropfen bezeichnet. Solch ein harter Pfropfen kommt üblicherweise von relativ grossen Fremdkörperteilchen, deren Grosse mit den Abmessungen der Düse selbst vergleichbar ist. Solche harte Pfropfen erfordern daher eine verhältnismässig grosse Kraft, um sie zu entfernen.

Wenn solches Fremdmaterial nicht fest verkeilt oder in der Düse steckengeblieben ist, kann die davon herrührende Verstopfung als sogenannter weicher Pfropfen bezeichnet werden. Weiche Pfropfen bestehen üblicherweise aus Ansammlungen oder Klumpen von kleineren Partikeln in der Düse, die deshalb leichter entfernt werden können.

Mit der Verbesserung der Filtermethoden der Farbflüssigkeit wird die relative Häufigkeit von sogenannten harten Pfropfen merklich verringert. Als wichtigeres verbleibendes Problem können daher die sogenannten weichen Pfropfen angesehen werden. Auch kann aus einem weichen Pfropfen ein harter Pfropfen dadurch werden, dass sich weiteres Fremdmaterial an dieser Stelle ansammelt oder die Farbflüseigkeit beginnt, sich in der Nähe der nicht mehr richtig durchspühlten Düse zu verkrusten.

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Wie aus den Figuren 1, 2 und 2A hervorgeht, ist in dem Hohlraumblock ein erster Hohlraum 20 eingearbeitet, der fast bis an die Vorderseite reicht und nur die dünne Vorderwand 24 stehen lässt. Zwei parallele Schlitze 22 und 23 erstrecken sich durch die dünne Vorderwand 24 des Hohlraumblocks bis'in den Hohlraum 20. Ein anschliessender zweiter, grösserer Hohlraum 25 enthält den piezoelektrischen Vibrator 13. Eine Ringnut 26 unterschneidet die Fläche 27 des zweiten Hohlraums 25 und bildet so den Raum für einen Dichtungsring 12, um eine Abdichtung zwischen dem Hohlraumblock 10 und dem piezoelektrischen Vibrator 13 zu ermöglichen Der Vibrator 13 sitzt auf der Fläche 27 des zweiten Hohlraums 25 auf und überträgt seine Schwingungen auf die Düsenplatte 11. Eingangskanäle 30 und 31 sind für die Flüssigkeit vorgesehen und stehen über Leitungen 32, 33 und 34, 35 mit dem Hohlraum 20 in Verbindung. Die Leitungen 33 und 3 können so hergestellt sein, dass man durch den Hohlraumblock 10 hindurch bis in den Hohlraum 20 bohrt und anschliessend die ersten Abschnitte von

der Aussenwand bis zur Leitung 32 beziehungsweise 34 mittels eines Stopf en;¹ 36 beziehungsweise 37 verschliesst. Der Hohlraumblock 10 ist mit einer Anzahl von Gewindelöchern 39 versehen, um die Deckplatte 14 anschrauben zu können.

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Leitungskupplungen 42, 43 mit Dichtungsringeil 44, 45 sind in die Eingangskanäle 30 beziehungsweise 31 eingeschraubt. Schläuche 46, 47 sind mit Klammern 48, 49 an die Leitungskupplungen 42 und 43 angeschlossen. Diese dienen zur Zuführung von unter Druck stehender Farbflüssigkeit zum Hohlraum 20.

Die Düsenplatte 11 ist in der Fig. 1 als dünne Platte dargestellt mit zwei Reihen 40 und 41 von kleinen Düsen öffnungen, die sich quer durch sie erstrecken. Sie kann auf verschiedene Weise hergestellt sein, z.B. aus einem kristallinen Material mit einer Membran aus einem anorganischen Stoff. Die Düsenplatte 11 ist auf dem Boden des Hohlraumes 20 so eingeklebt, dass die Reihen 40 und 41 der Düsen gerade hinter die entsprechenden Schlitze 22 und 23 zu liegen kommen.

Wie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich ist, enthält die Deckplatte 14 einen grossen Hohlraum 50 mit einer Anschlagringleiste 51, gegen welche sich die Rückseite des Vibrators 13 abstützt. Ein anschliessender schmaler Hohlraum 52 mit einer Aussparung 53 ist vorgesehen, um einen Anschlussdraht 55 mit der Rückseite des piezoelektrischen Vibrators verbinden zu .können. Ein schmaler Schlitz 56 dient dazu, den Anschlussdraht 55 aus dem Hohlraumblock herausführen zu können, um ihn an eine

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entsprechende Schaltung anzuschliessen. Im zusammengebauten Zustand wird der Vibrator 13 unter leichtem Druck zwischen der Anschlagringleiste 51 der Deckplatte 14 und dem Dichtungsring 12 in der Ringnut 26 des Hohlraumblocks 10 eingeklemmt. Die Wand des Hohlraums 20 ist elektrisch leitend, so dass die elektrisch leitfähige Farbflüssigkeit geerdet werden kann. Da die Farbf lüssigkeit auch die vordere Fläche des piezoelektrischen Vibrators 13 benetzt, bildet sie auch den erdseitigen Anschluss des Vibrators. Eine entsprechende Spannung am Anschlussdraht 55 führt an die rückseitige Elektrode des piezoelektrischen Vibrators 13, dessen vordere Elektrode über die Farbflüssigkeit geerdet ist, und erregt so den Vibrator. Entsprechend den Gewindelöchern 39 in dem Hohlraumblock 10 ist die Deckplatte 14 mit einer Reihe von versenkten Schraubenlöchern 58 versehen. Mit Schrauben 59 in diesen Löchern werden die einzelnen Teile zusammengehalten.

Fig. 4 gibt einen Ueberblick über die zusammengebauten Teile. Die Ausgangsleitung 61 einer Farbflüssigkeitsquelle 60 ist einerseits mit dem Eingangskanal 30 des Hohlraumblocks 10 und andererseits über ein Magnetventil 62 mit dem Eingangskanal 31 verbunden, um den Hohlraum 20 mit Flüssig-,keit zu versorgen.

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Der Eingangskanal 3L des Hohlraumblocks 10 ist mit einem weiteren Magnetventil 63 verbunden, von dem eine Eingangsleitung 73 zur Farbflüssigkeitsquelle 60 zurückführt. Bei normaler Betriebsweise ist das Magnetventil 62 geöffnet und das Magnetventil 63 ist geschlossen. So wird Flüssigkeit zu dem Hohlraum 20 unter einem gewünschten Druck geliefert. Der Druck ist so gewählt, dass eine Anzahl von Farbstrahlen 64 aus den Düsen der Düsenplatte 11 austritt. Eine Erregerspannungsquelle 65 ist über den Anschluss draht 55 mit dem piezoelektrischen Vibrator 13 verbunden. Dessen vordere Elektrode ist über die elektrisch leitende Flüssigkeit im Hohlraum 20 und den Hohlraumblock 10 durch die Erdverbindung geerdet. Die Erregerspannung der Quelle 65 kann beispielsweise eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 100 kHz sein.

Durch diese Spannung wird der piezoelektrische Kristall des Vibrators zu Dickenschwingungen zwischen seinen Oberflächen 70 und 71 angeregt. Die Schwingungen des zwischen der Anschlagringleiste 51 der Deckplatte und dem Dichtungsring 12 in der Ringnut 26 des Hohlraumblocks 10 eingeklemmten Vibrators werden über die Schrauben 59 und den Hohlraumblock 10 auf die dünne Vorderwand 24 übertragen. Auch werden einige Schwingungen von dem zusammengedrückten Dichtungsring 12 über den Hohlraumblock 10 auf die dünne Vorderwand 24 übertragen. Diese dünne Vorderwand 24 schwingt

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dann mit der Frequenz der Erregerspaiuiung der Quelle 65 in axialer Richtung der Farbstrahlen 64. Auch werden Schwingungen direkt durch die Flüssigkeit selbst übertragen, die den Raum zwischen der Vorderseite des Vibrators und der Düsenplatte im Hohlraum 20 ausfüllt. Die Düsenplatte 11 ist an der dünnen Vorderwand 24 befestigt und führt in gleicher Weise Biegeschwingungen aus, wodurch eine Geschwindigkeitsmodulation der Farbstrahlen 64 in deren Fortschreitungsrichtung erfolgt. Da der

piezoelektrische Kristall nur am Rande eingespannt ist, kann er freie Dickenschwingungen ausführen. Seine Oberfläche 71 steht in Kontakt mit der unter Druck stehenden Farbflüssigkeit, da er die Rückseite des Hohlraumes 20 bildet. Die schwingende Oberfläche 71 verändert periodisch das Volumen des Hohlraumes 20, wodurch innerhalb des Hohlraumes eine periodische Druckstörung in der Flüssigkeit erzeugt wird.

Die Frequenz der Schwingungen und der Druckwellen ist so hoch, dass bei den kleinen Abmessungen des Druckkopfes die Geschwindigkeitsmodulation der Farbstrahlen 61 gerade dann in Phase mit der Druckmodulation der Flüssigkeit im Hohlraum 20 ist, wenn die Strahlen die Düsen in der Düsenplatte 11 verlassen. Günstige Modulation erfolgt bei einer Amplitudenspannuiv der Erregerspannungsquelle 65 von etwa 5, 5 Volt.

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Der Ausgang des normalerweise geschlossenen Magnetventils 63 ist über die Eingangsleitung 73 mit der Farbflüssigkeitsquelle 60 verbunden. Bei normalem Betrieb, wenn das Magnetventil 62 geöffnet und das Magnetventil 63 geschlossen ist, flies st Flüssigkeit von der Ausgangsleitung 61 der Farbflüssigkeitsquelle 60 zu beiden Eingangskanälen 30 und 31 des Hohlraumblocks 10. Die Eingangsleitung 73 und die Aus gangs leitung 61 sind entsprechend dimensioniert, um im Druckkopf den richtigen Druck in der Farbflüssigkeit einzustellen, sowohl während der Erzeugung von Farbstrahlen als auch im Selbstreinigungsbetrieb des Druckkopfes.

Wenn ein sogenannter weicher Pfropfen eine oder mehrere Düsen verstopft, werden die Magnetventile 62 und 63 umgeschaltet. Wenn jetzt das Magnetventil 62 geschlossen ist und das Magnetventil 63 geöffnet, dann fliesst die Farbflüssigkeit von der Farbflüssigkeitsquelle 60 von der Ausgangsleitung 61 zum Eingangskanal 30 und durch die Leitung 33 des Hohlraumblocks 10 hinein, strömt längs der Düsenplatte 11, und verlässt das Gehäuse über die Leitung 35 und den Eingangskanal 31 in Gegenrichtung zu der Eingangsleitung 73 der Farbflüssigkeitsquelle. Die Flüssigkeitsströmung längs der Düsenplatte 11 lockert und entfernt weiche Pfropfen aus den Oeffnungen der Düsen. Das entfernte Fremdmaterial wird durch die Flüssigkeit über die Leitung 35 zur Farbflüssigkeitsquelle 60

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mitgenommen. Es ist zweckmässig, die Erregerspannungsquelle 65 während des Selbstreinigungsbetriebes auszuschalten. Der Druck innerhalb des Hohlraums wird herabgesetzt, weil der vermehrte Ausfluss von Flüssigkeit durch die Leitung 35 wesentlich grosser ist, als der Fluss durch alle Düsen zusammen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Druckkopfes ist in der Fig. 5 dargestellt. Dieser Druckkopf hat nur eine einzelne Düse 80. Diese ist mittels einer Düsentragplatte 81 an dem Körper 82 des Druckkopfes befestigt. Ein piezoelektrischer Vibrator 83 ist an einer Stützplatte 84 angebracht und kann mittels der Anschlussleitung 85 an eine Er reger Spannungsquelle angeschlossen werden. Ein Dichtungsring 86 verschliesst den Hohlraum, der durch die Form des Körpers 82 gebildet wird. Durch eine Quelle wird Flüssigkeit zu den Leitungen 87 und 88 geliefert, um einen an der Düse 80 austretenden Farbstrahl zu erzeugen. Die Farbflüssigkeit wird periodisch gestört durch den piezoelektrischen Vibrator, um, den Farbstrahl zu veranlassen, in eine Folge von gleichartigen Tröpfchen aufzubrechen.

Sollte die Düse 80 völlig oder auch nur teilweise durch einen weichen Pfropfen verstopft werden, dann wird die Strömungsrichtung der Leitung 88 umgekehrt, so wie es bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 oben beschrieben is1

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Dadurch wird die Strömung von der Leitung 87 veranlasst, längs der ·

Düse 80 zu fliessen und über die Leitung 88 auszutreten, wodurch die ·

Verstopfung aufgelöst und entfernt wird. \

Bei beiden Ausführungsbeispielen befindet sich die Einmündung der umkehrbaren Leitung 35 beziehungsweise 88 an dem höchsten Punkt des Hohlraumes. Die Selbstreinigungseinrichtung kann daher auch gebraucht werden, ■ eventuelle Luftblasen über diese Leitungen aus dem Druckkopf »U entfernen. Kompressibles Gas wie Luftblasen stört nämlich den Betrieb de* . Druckkopfes erheblich, weil seine Anwesenheit die Druckmodulätlon der inkompressiblen Farbfiüssigkeit verhindert. Wenn die umkehrbare Leitung nicht am höchsten Punkt des Hohlraumes einmündet, kann eine Luftblase nur in weniger wirksamer Weise dadurch entfernt werden, dass man während des Selbstreinigungsbetriebes die in der Richtung umgekehrte ■ .^ Flüssigkeit sehr schnell den Hohlraum durchströmen lässt. '

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Leerseife

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Selbstreinigender Druckkopf für Farbstrahldrucker, mit mindestens einer Düse zum Ausstossen eines in eine Folge von gleichartigen Tröpfchen aufgebrochenen Farbstrahles, mit einem inneren Hohlraum und mit Zuführungsmitteln von unter Druck stehender Farbflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in den Hohlraum (20) einmündende Leitungen (33, 35) vorgesehen sind, dass eine der Leitungen mit einer Ausgangsleitung einer Farbflüssigkeitsquelle verbunden ist, und dass die andere Leitung über schaltbare Ventile entweder mit einer Ausgangsleitung oder mit einer Eingangsleitung dernannten Farbflüssigkeitsquelle verbindbar ist.

2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leitungen (33, 35) auf verschiedenen Seiten in den Hohlraum (20) einmünden.

I. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leitungen (33, 35) auf einander entgegengesetzten Seiten in den Hohlraum (20) einmünden.

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4. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Strömungsrichtung umschaltbare Leitung (35) auf dem höchsten Punkt des Holhlraumes (20) einmündet.

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